传感器实验 霍尔测速和光速测控【DOC精选】.docVIP

传感器实验实验报告 实验三 霍 耳 测 速 一、实验目的： 了解霍耳传感器N3120U的特性，学习霍耳传感器的应用，NE555时基集成电路应用。 二、实验设备及器件： 显示器、稳压电源、频率计数器；霍耳传感器、万用表、小磁铁、小电机等。 三、实验原理： 霍耳元件是一种磁电转换元件，用于检测磁场并将磁信号转换成电压。把霍耳元件置于外磁场中，沿垂直于磁力线方向通过电流时，其中的载流子受洛仑兹力作用，被推向一侧，积累以后形成电场，这个电场阻止载流子的偏移，当达到动态平衡后，电场中电位差即形成霍耳电压。当电流一定时，测量霍耳电压即可得知磁场的场强大小。 本实验采用的N3120U霍耳器件是一种集成的开关元件。它的输出可直接与多种电子元件相连。它的内部结构和主要性能如上图，其中： 图(一)显示了N3120U的内部结构和外接电路的种类。 图(二)显示了对于N3120U器件来说磁场为负的情况。 图(三)、图(四)、图(五)表示了对于磁感应强度大小的不同区域输出电压翻转的情况。 图（六）给出了实验装置的示意图和磁铁与传感器的相对位置图，当磁铁转动时，N3120U输出波形为一系列方波，这时就可送计数器进行计数。 实验原理框图所示 ： 四、实验步骤： 1、测试传感器特性： (1)按图(一)连接电路，输出接示波器。 (2)如图(七)所示，测试图(五)区域的器件特性。用示波器观察N3120U的输出情况。将小磁铁由远及近移向N3120U，当输出电压发生跳变时，记录小磁体靠近霍耳探头的一端(现在是N极）与霍耳探头N3120U的距离，然后由此点由近及远移动小磁铁，观察N3120U的输出，当示波器上输出电压出现反向跳变时，再记录小磁体与N3120U的距离。 磁铁由远到近 磁铁由近到远 跳变点与N3120U距离 8mm 11mm 注：反复操作，测量结果与表中相差无几，由于不便于测量，难以得到精确值，故不必进行多次记录。 （3）用小磁体的 S极指向N3120U，重复 (2)的步骤，测试图(三)所示的器件特性。 实验中，将S极指向N3120U，重复（2）中步骤，发现无论S极如何靠近和远离N3120U，示波器显示电压并不会发生跳变。说明该霍尔元件是一个单向开关型霍尔传感器，只对N极敏感。 （4）将磁体的 N极对准N3120U，如图(六)转动小磁体，观察示波器上的输出电压，测试如图（四）所示的特性。当连续转变小磁体时，输出电压将连续发生跳变，记录下 4次输出电压发生跳变时每次小磁体的转变角度。 跳变次数 1 2 3 4 旋转角度 16° 300° 35° 305° 以N极指向N3120U为起始0°，沿顺时针方向旋转为正方向，重新整理上述表格如下： 跳变次数 1 2 3 4 相对角度 16° -14° 16° -14° 由于霍耳探头N3120U具有图（五）所示特性，当N极靠近和远离探头时，示波器波形产生跳变，由表2中数据可以看出，跳变发生点约发生在N极偏离起始点15°左右，所以当电机高速旋转时，在示波器上将出现一定占空比切频率一定的方波，于是我们便可以利用霍尔元件对电机进行转速测量。 2、 用霍耳器件测量转速： （1）按图一连接电路, 并将N3120U的输出连接到频率计数器的数字信号输入端。 （2）将连接小磁体的小电机通电，使之带动小磁体旋转，将这一装置如图(六)靠近N3120U，计录频率计数器显示测出的旋转频率。 按图一连接好电路后，将N3120U的输出接示波器，并给小电机通以5V直流电压，示波器显示输出如下图所示： 示波器显示旋转频率为36.6HZ，即通以5V直流电时，小电机转速为36.6R/S。 实验五 光控测速 一、实验目的 测量光电转换器件的特性。 掌握NE555时基电路和NE5532双低噪声运算放大器的应用。 利用光电转换器件进行自动测量。 二、实验设备 晶体管直流稳压电源、万用表、示波器、频率计数器。 实验原理 利用某些材料的光电和电光效应可以做成光电转换器件，半导体发光管和光电二极管就是利用半导体材料的电光效应制成的，发光管输出的光强正比于它的正向工作电流，而光电二极管产生的光生电流（即二极管反向电流）正比于接收光强度。图(一)是测量半导体发光管L1的光发射与光电二极管P1接收特性的原理电路。